2. Основні характеристики електронно-обчислювальних систем та тенденції їх зміни.

В даний час ЕОМ використовуються не тільки для виконання складних розрахунків, але і в управлінні виробничими процесами, в освіті, охороні здоров'я, екології і т.д. Це пояснюється тим, що ЕОМ здатні обробляти будь-які види інформації: числову, текстову, табличну, графічну, відео, звукову.

Електронна обчислювальна машина - комплекс технічних і програмних засобів, призначений для автоматизації підготовки і розв'язання задач користувачів. Під користувачем розуміють людину, на користь якої проводиться обробка даних на ЕОМ. В якості користувача можуть виступати замовники обчислювальних робіт, програмісти, оператори. Як правил?, час підготовки задач у багато разів перевищує час їхнього розв'язання.

Вимоги користувачів до виконання обчислювальних робіт задовольняються спеціальним підбором і настройкою технічних і програмних засобів. Звичайно ці засоби взаємозв'язані і об'єднуються в одну структуру.

Структура - сукупність елементів і їхніх зв'язків. Розрізняють структури технічних, програмних і апаратурно-програмних засобів. Вибираючи ЕОМ для вирішення своїх задач, користувач цікавиться функціональними можливостями технічних і програмних модулів (як швидко може бути вирішена задача, наскільки ЕОМ підходить для вирішення даного круга задач, який сервіс програм є в ЕОМ, можливості діалогового режиму, вартість підготовки і розв'язання задач, і т.д.). При цьому користувач цікавиться не конкретною технічною і програмною реалізацією окремих модулів, а більш загальними питаннями можливості організації обчислень. Останнє включається в поняття архітектури ЕОМ, зміст якого достатньо обширний.

Архітектура ЕОМ - це багаторівнева ієрархія апаратурно-програмних засобів, з яких будується ЕОМ. Кожний з рівнів припускає багатоваріантну побудову і застосування. Конкретна реалізація рівнів визначає особливості структурної побудови ЕОМ. В подальших розділах підручника ці питання детально розглядаються.

Деталізацією архітектурної і структурної побудови ЕОМ займаються різні категорії фахівців обчислювальної техніки. Інженери-схемотехникі проектують окремі технічні пристрої і розробляють методи їхнього сполучення друг з іншому. Системні програміст створюють програми управління технічними засобами, інформаційної взаємодії між рівнями, організації обчислювального процесу. Програмісти-прикладники розробляють пакети програм більш високого рівня, які забезпечують взаємодію користувачів з ЕОМ і необхідний сервіс при розв'язанні ними своїх задач.

Самого ж користувача цікавлять звичайно більш загальні питання, що стосуються його взаємодії з ЕОМ (людино-машинного інтерфейсу), починаючи з наступних груп характеристик ЕОМ, визначальних її структуру:

- технічні і експлуатаційні характеристики ЕОМ (швидкодія і продуктивність, показники надійності, достовірності, точність, місткість оперативної і зовнішньої пам'яті, габаритні розміри, вартість технічних і програмних засобів, особливості експлуатації і др.);

- характеристики і склад функціональних модулів базової конфігурації ЕОМ; можливість розширення складу технічних і програмних засобів; можливість зміни структури;

- склад програмного забезпечення ЕОМ і сервісних послуг (операційна система або середовище, пакети прикладних програм, засобу автоматизації програмування).

Продуктивність - однією з самих найважливіших характеристик ЕОМ є її швидкодія, яка характеризується числом команд, ЕОМ, що виконуються, за одну секунду. Оскільки до складу команд ЕОМ включаються операції, різні по тривалості виконання і по вірогідності їхнього використовування, то має сенс характеризувати його або середньою швидкодією ЕОМ, або граничним (для "найкоротших" операцій типу "регістр-регістр "). Сучасні обчислювальні машини мають дуже високі характеристики по швидкодії, виміряються десятками і сотнями мільйонів операцій в секунду. Наприклад, найближчим часом очікується поява мікропроцесора сумісного виробництва фірм Intel і Hewlett-Packard (шифр Р7), швидкодія якої повинна досягти мільярда операцій в секунду.

Реальна або ефективна швидкодія, забезпечувана ЕОМ, значно нижче, і воно може сильно відрізнятися залежно від класу вирішуваних задач. Порівняння по швидкодії різних типів ЕОМ, різко відмінних друг від друга своїми характеристиками, не забезпечує достовірних оцінок. Тому дуже часто замість характеристики швидкодії використовують пов'язану з нею характеристику продуктивності -обєм робіт, здійснюваних ЕОМ в одиницю часу. Наприклад, можна визначати цей параметр числом задач, що виконуються за певний час. Проте порівняння по даній характеристиці ЕОМ різних типів може викликати утрудняти. Оскільки оцінка продуктивності різних ЕОМ є важливою практичною задачею, хоча така постановка питання також не цілком коректна, були запропоновані до використовування відносні характеристики продуктивності. Так, наприклад, фірма Intel для оцінки процесорів запропонувала тест, що отримав назву індекс iCOMP (Intel Comparative Microprocessor Performance). При його визначенні ураховується чотири головні аспекти продуктивності: робота з цілими числами, з плаваючою крапкою, графікою і відео. Дані мають 16- і 32-розрядне уявлення. Кожний з восьми параметрів при обчисленні бере участь з своїм ваговим коефіцієнтом, визначуваним по усередненому співвідношенню між цими операціями в реальних задачах .

Іншою самою найважливішою характеристикою ЕОМ є місткість пристроїв, що запам'ятовують. Місткість пам'яті вимірюється кількістю структурних одиниць інформації, яка може одночасно знаходитися в пам'яті. Цей показник дозволяє визначити, який набір програм і даних може бути одночасно розміщений в пам'яті.

Якнайменшою структурною одиницею інформації є біт - одна двійкова цифра. Як правило, місткість пам'яті оцінюється в більш крупних одиницях вимірювання - байтах (байт рівний восьми бітам). Наступними одиницями вимірювання служать 1 Кбайт = 210 1024 байта, 1 мбайт = 210Kбaйтa = = 220 байта, 1 Гбайт = 210 Мбайта = 2м Кбайта = 230 байта.

Звичайно окремо характеризують місткість оперативної пам'яті і місткість зовнішньої пам'яті. В даний час персональні ЕОМ можуть мати місткість оперативної пам'яті, рівну 4-32 Мбайтам і навіть більше. Цей показник дуже важливий для визначення, які програмні пакети і їхні додатки можуть одночасно оброблятися в машині.

Місткість зовнішньої пам'яті залежить від типу носія. Так, місткість однієї дискети складає 0,3-3 Мбайта залежно від типу дисковода і характеристик дискет. Місткість жорсткого диска може досягати декількох Гбайтов, місткість компакт-диска (CD ROM) - сотні Мбайтов (640 мбайт і вище) і т.д. Місткість зовнішньої пам'яті характеризує об'єм програмного забезпечення і окремих програмних продуктів, які можуть встановлюватися в ЕОМ. Наприклад, для установки операційного середовища Windows 95 потрібний об'єм пам'яті жорсткого диска більше 100 мбайт і не менш 8-16 мбайт оперативної пам'яті ЕОМ.

Надійність - це здатність ЕОМ при певних умовах виконувати функції, що вимагаються, протягом заданого періоду часу (стандарт ISO (Міжнародна організація стандартів) 23 82/14-78). Висока надійність ЕОМ закладається в процесі її виробництва. Перехід на нову елементну базу - надвеликі інтегральні схеми (СБІС) різко скорочує число використовуваних інтегральних схем, а значить, і число їхніх з'єднань друг з іншому. Добре продумана компоновка комп'ютера і забезпечення режимів роботи, що вимагаються (охолоджування, захист від пилу). Модульний принцип побудови дозволяє легко перевіряти і контролювати роботу всіх пристроїв, проводити діагностику і усунення несправностей.

Точність - можливість розрізняти майже рівні значення (стандарт ISO - 2382/2-76). Точність отримання результатів обробки в основному визначається розрядністю ЕОМ, а також використовуваними структурними одиницями представлення інформації (байтом, словом, подвійним словом). В багатьох застосуваннях ЕОМ не потрібна великій точності, наприклад, при обробці текстів і документів, при управлінні технологічними процесами. В цьому випадку достатньо використати 8-і, 16- розрядні двійкові коди.

При виконанні складних розрахунків вимагається використати більш високу розрядність (32, 64 і навіть більш). Тому всі сучасні ЕОМ мають можливість роботи з 16- і 32- розрядними машинними словами. За допомогою засобів програмування мов високого рівня цей діапазон може бути збільшений у декілька разів, що дозволяє досягати дуже високої точності.

Достовірність - властивість інформації бути правильно сприйнятою. Достовірність характеризується вірогідністю отримання безпомилкових результатів. Заданий рівень достовірності забезпечується апаратурно-програмними засобами контролю самій ЕОМ. Можливі методи контролю достовірності шляхом розв'язання еталонних задач і повторних розрахунків. В особливо відповідальних випадках проводяться контрольні розв'язання на інших ЕОМ і порівняння результатів.